超高壓水射流切割機器人研究現狀

      數控超高壓水切割機正逐步成為中國制造領域的新興行業(yè)，其技術水平也在一定程度上影響著中國整體的制造技術水平。我國的水切割技術正以其高技術含量備受關注，已在炮彈切割作廢、核島容器復合材料切割作業(yè)中有所作為。較有代表性的如 自動供砂系統(tǒng)、動態(tài)切割刀頭等技術。圖2所示為水射流切割機器人。 1979年，Mohamed Hashish博士開始研究增加水刀切割能量的方法，以便切割金屬和其它硬質材料。Hashish博士發(fā)明了在普通水刀中添加砂料的方法。1980年，加砂水刀次被用于切割金屬、玻璃和混凝土，1983年，一套商業(yè)化的加砂水刀切割系統(tǒng)問世，被用于切割汽車玻璃，該技術的批用戶是航空航天工業(yè)。此后加砂水刀被石料、瓷磚、玻璃、噴氣發(fā)動機、建筑、核工業(yè)、船廠等行業(yè)采納。

      由于超高壓水射流末端切割裝置體積小、切割反作用力小且移動方便，便于實現光控、數控或機械手控制，因此目前超高壓水射流切割機器人普遍采用多自由度機器人配合完成復雜零件的切割。從提高生產效率和切割質量的角度來說，采用高自動化和柔性化的水切割機器人完成作業(yè)是未來切割領域的發(fā)展趨勢。

      水切割機器人工作站系統(tǒng)主要由超高壓水發(fā)生裝置(包括給水裝置、相控式增壓器等)、液壓氣動系統(tǒng)(推動增壓器活塞往復運動)、切割頭組件、切割頭驅動機器人(包括機器人本體、控制柜)和工控機等。超高壓水射流切割系統(tǒng)原理如圖8所示。

     ①超高壓水射流裝置主泵機組的設計。超高壓往復柱塞泵是其關鍵部件之一，該柱塞泵存在諸多問題，主要包括其排液閥閥板易卡死、泵頭壽命短、柱塞加工難以及易發(fā)生泄露等技術問題的研究。天津市通潔高壓泵制造有限公司自主研發(fā)了的275MPa} 50L/min， 250kW的大功率超高壓往復柱塞泵(如圖9所示)及執(zhí)行機構，是超高壓水射流切割的理想動力源。  ②水切割頭的運動速度、水射流靶距及位姿的精確控制。天津職業(yè)技術師范大學機電工程研究所設計了一種便于操作和集成的具有充分柔性的水切割機器人系統(tǒng)，并根據水射流切割工藝的要求進行切割路徑規(guī)劃、運動參數優(yōu)化。